干法糊化对燕麦粉面团应力松弛特性的影响

孙娟娟 魏肖鹏 邱燕燕 栾广忠,2 石 磊 辰巳英三 胡亚云

(西北农林科技大学食品学院1，杨凌 712100)(陕西省农产品加工工程技术研究中心2，杨凌 712100)(日本国际农林水产业研究中心3，日本筑波 305-8686)

干法糊化对燕麦粉面团应力松弛特性的影响

孙娟娟1魏肖鹏1邱燕燕1栾广忠1,2石 磊1辰巳英三3胡亚云1

(西北农林科技大学食品学院1，杨凌 712100)(陕西省农产品加工工程技术研究中心2，杨凌 712100)(日本国际农林水产业研究中心3，日本筑波 305-8686)

采用挤压、蒸汽、微波及烘烤4种干法处理燕麦籽粒或燕麦粉，测定不同处理及不同糊化度燕麦粉面团的应力松弛特性。结果表明：挤压、蒸汽、微波及烘烤处理的燕麦粉糊化度分别为77.8%、39.3%、17.8%及13.7%。相对于其他糊化方法，挤压处理组面团的松弛时间、阻尼系数、残余应力最大，分别为60.90 s、3.70×106N·m-2·s、9.39×104N·m-2；糊化度与燕麦粉面团的松弛时间、阻尼系数、残余应力均显著正相关(R=0.97、0.99、0.99；P<0.05)。干法糊化显著提高了燕麦粉面团的黏性和结合力。

燕麦 干法糊化 面团 应力松弛 糊化度 黏弹性

燕麦(AvenaL.)禾本科燕麦属，通常分为带稃型和裸粒型[1]，富含β-葡聚糖，具有降血糖、降血脂及抗癌等保健功效[2-3]。目前燕麦食品主要以燕麦片为主，如能将其引入到面条、馒头、饺子等主食中，将会增加燕麦在主食中的比例。但燕麦粉中谷蛋白分子量较小，难以形成面筋，加水后面絮松散，难以形成面团[4]。因此，如何提高面团的结合力成为燕麦在主食中应用的一个关键技术问题。

民间常采用烫面方法对燕麦、荞麦等不易形成面团的杂粮面粉进行处理，可使淀粉糊化而增强面团结合力，但烫面后显然不适合再制备成商品化面粉，而采用干法糊化处理燕麦面粉后，得到的预糊化面粉在和面时不用烫面，同时可能增强面团结合力。因此本试验采用挤压膨化、蒸汽、微波、烘烤4种干法对燕麦进行处理，得到预糊化燕麦粉，利用应力松弛试验研究不同糊化处理及糊化度对燕麦粉面团黏弹性的影响，进而分析干法预糊化对燕麦粉面团结合力的影响程度及规律，为进一步研究预糊化燕麦粉在主食中应用提供一定理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

燕麦(定攸8号)：甘肃定西农科院；小麦粉(特一粉)：陕西老牛面粉有限公司；糖化酶(EINECS: 232-877-2，酶活力105U·mL-1)：阿拉丁试剂公司。

1.2 仪器设备

倾斜式高速万能粉碎机(FW-400A)：北京中兴伟业仪器有限公司；双螺杆挤压膨化机(DS32-Ⅱ)：济南赛信膨化机械有限公司；电质构仪(TA.XT plus)：英国SMS(Stable Micro Systems)公司。

1.3 方法

1.3.1 燕麦干法糊化处理

烘烤处理：燕麦润麦至含水量达20%，100 ℃处理1 h；微波处理：燕麦润麦至含水量达20%，中火处理5 min；蒸汽处理：100 ℃蒸汽常压处理40 min；挤压膨化处理：燕麦全粉，调节含水量达16%，一区温度100 ℃，二区温度170 ℃，三区温度180 ℃挤压处理。经4种方法处理后得到的物料于38 ℃干燥，含水量为10%以下，粉碎5 min得到干法糊化燕麦粉，粉碎时，为防止温度过高引起的燕麦粉糊化，采用每30 s粉碎1次，控制粉体温度低于45 ℃。烘烤、微波、蒸汽及膨化处理组糊化燕麦粉含水量分别为：7.50%、8.06%、7.53%及6.11%。燕麦不做处理直接粉碎5 min作为对照，含水量为10.41%。

不同糊化度燕麦粉的配制：将挤压处理与未处理的燕麦粉进行复配，配制成糊化度为20%、30%、40%、50%及60%的燕麦粉。

1.3.2 糊化度测定

糊化度测定采用熊易强[5]的方法。

1.3.3 面团应力松弛特性测试

面团的制作：分别称取25 g干法糊化处理与不同糊化度的燕麦粉，添加一定量的蒸馏水，在2～3 min内和成面团，将其制成直径20 mm，高25 mm的模型，用保鲜膜包裹，静置15 min[6]。面团含水量以水在面团中的质量百分比表示，包括燕麦粉中原有的水分。

测试参数：探头P/50，测试速度1.0 mm/s，压缩变形10%，触发力5.0 g，释放时间350 s，每个样品重复5次，取平均值[7-9]。

典型的凝胶应力松弛曲线见图1，压缩-松弛测试曲线分为加载段(AB)、松弛段(BC)、恢复阶段(FG)3个部分，加载段即在外力作用下在很短时间内发生的弹性形变；应力松弛阶段，此时保持变形量不变，应力不断衰变直至达到残余应力，在此过程中消耗的时间称为应力松弛时间τ(DE)；恢复阶段，当松弛阶段结束时，突然撤销外载荷，此后样品开始恢复。通过加载-松弛-卸载循环曲线可以分析物体弹性度，弹性度表征样品测试部位在测试后恢复的能力，在一定程度上反映了损伤程度，能较好地反映出样品的松弛特性[10-11]。

图1 典型的凝胶应力松驰曲线

图2 三要素模型

燕麦面团应力松弛的应力-时间曲线通过三要素Maxwell模型采用非线性回归法进行解析，三要素模型如图2所示，应力松弛方程为[12]：

σ(t)=ε0E1exp(-t/τ)+ε0E2

式中：σ(t)为松弛过程的应力，N；ε0为恒定的应变(压缩比)=10%；E1为第一要素胡克体弹性模量，N·m-2；E2为残余应力，N·m-2；t为时间，s；η为阻尼系数，N·m-2·s；τ为松弛时间，s，τ=η/E1。

1.4 数据处理

采用SPSS 15.0统计分析软件对应力松弛数据进行回归分析；采用DPS 7.05处理软件进行方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 干法糊化对燕麦粉糊化度的影响

挤压膨化、蒸汽、微波、烘烤处理及对照组的糊化度间差异显著，分别为77.8%、39.3%、17.8%、13.7%及12.5%。挤压膨化是一种高温、高压、高剪切的过程[13]，燕麦粉在挤出瞬间发生高度糊化[14]；蒸汽处理历时较长，糊化度低。高能量的微波辐射能够影响淀粉颗粒的形态及结晶结构[15]，短时间内可增强淀粉颗粒间的相互作用，使其难以糊化[16]。烘烤处理使淀粉颗粒膨胀性增强，破坏淀粉颗粒之间的氢键[17]，随着时间的延长，温度的上升，燕麦籽粒内部水分散失及脂质-淀粉复合物[18]的生成降低了淀粉颗粒的膨胀性、溶解性[19]，导致糊化度降低。未处理的燕麦粉在粉碎过程中，产生了破损淀粉，使得酶水解后得到葡萄糖含量增大，导致测定结果大于零。

2.2 干法糊化燕麦粉面团应力松弛特性测定

2.2.1 面团含水量范围的确定

未处理燕麦粉面团在不同含水量时的状态如图3所示，含水量过高时，面团过稀，表面过黏，内部结合力小，不易成团(如图3a)；含水量过低时，面絮松散，干粉含量较多，形成面团表面开裂(如图3b)；含水量适中时，面团表面光滑，无开裂或过黏现象(如图3c)。3种情况中，只有在面团含水量适宜时，方可制成符合应力松弛测试要求的样品。不同干法糊化处理的燕麦粉面团均具有各自适宜的含水量，以未处理为基准，水分添加量梯度为5%，试验测得未处理与烘烤处理的面团含水量范围为38.23%～44.01%，微波处理为40.28%～45.71%，蒸汽处理为45.71%～50.23%。挤压膨化处理面团含水量可高于50.23%，但为便于比较挤压处理与其他不同干法糊化处理面团的应力松弛特性，挤压处理面团的含水量范围选取45.71%～50.23%。

2.2.2 干法糊化对燕麦粉面团应力松弛特性的影响

干法糊化燕麦粉面团的应力松弛曲线按三要素Maxwell模型用非线性回归法解析的结果如表1所示，面团含水量与应力松弛参数相关性分析如表2所示。

表1 不同糊化方法燕麦粉面团应力松弛特征参数

注：同列不同小写字母表示差异显著(P<0.05)，下同。

表2 燕麦面团含水量与应力松弛参数的相关性分析

注：表中数值表示相关系数，**表示在0.01水平上极显著相关, *表示在0.05水平上显著相关。下同。

表1试验结果表明，未处理燕麦粉面团随着含水量增加，τ先增加后减小，差异显著，η与E2逐渐降低，差异显著；4种干法糊化处理面团随着含水量增加τ、η及E2的变化趋势与未处理相同，其中烘烤处理、微波处理及蒸汽处理燕麦粉面团τ差异不显著，η与E2差异显著，挤压处理中τ、η及E2均差异显著。应力松弛过程中，松弛时间是弹性行为和黏性行为共同作用的结果，松弛时间τ越大，说明应力下降的速度越慢，弹性行为较明显[20]，面团内部结构越强，黏性越强[21]，较短时黏性形变较明显，表明试样的弹性越好；E2产生的是相当于邻近分子链相对运动引起的高弹形变，达到平衡时所需的应力越大，E2越大，表明面团压缩后期的变化幅度越大，样品的硬度越大，恢复弹性形变的速度越慢[22]；η越大，表明待测样品初始黏度越大，可推得松弛曲线的最高点到拐点的松弛时间越长[23]。结果说明随着含水量的增加，面团的黏结性先增大后减小，内部结构由强变弱，面团在受到外力时松弛的速度先增加后减小，由黏性较强向弹性较强转变。

面团含水量相同时，蒸汽处理与挤压处理间τ差异不显著，η与E2均差异显著；未处理与烘烤处理在面团含水量为38.23%～44.01%时，τ差异显著，含水量为40.28%～44.01%时，η差异不显著，含水量38.23%～40.28%时，E2差异显著，含水量增加时，差异不显著；面团含水量为40.28%～44.01%时，微波处理、未处理及烘烤处理间的τ、η及E2均差异显著；含水量为45.71%时，微波处理、蒸汽处理及挤压处理τ、η及E2均差异显著；含水量为40.28%时，微波处理面团的τ最接近小麦粉面团，但η、E2均大于小麦粉面团。应力松弛各个参数值：挤压处理>蒸汽处理>微波处理>烘烤处理>未处理>小麦粉。结果表明，燕麦粉面团在含水量相同，处理不同时，挤压处理面团结合力最大，黏性最强，蒸汽处理次之，微波处理介于中间，烘烤处理与未处理较小，从应力松弛参数分析，小麦粉面团的结合力与黏性最小。

经干法糊化后，糊化度增加，黏性增大[24]，淀粉分子间相对运动更困难[20]，τ与燕麦粉淀粉分子之间的相互作用有关，τ大说明面团中淀粉等大分子的流动性差，面团黏性大，弹性小，反之说明淀粉等大分子的流动性较好，面团黏性小，弹性大。而未糊化的淀粉颗粒对小麦粉面团特性几乎没有太大影响，因此，经不同干法糊化处理后，燕麦粉面团的应力松弛参数要远大于小麦粉面团。

当蛋白质与水接触时，水分子很容易被吸附在蛋白质分子周围，形成水化层，使蛋白质体积增大[25]，阻碍了E2产生的相当于分子链中链角、链长变化引起的普通形变[20]。经不同干法糊化后，蛋白质结构性质发生了改变[26-27]，在形成面团过程中，蛋白与水结合体积变化不同，引起E2的变化不同。

脂肪降低淀粉凝胶的硬度，增加其黏度[28]；较高含量的β-葡聚糖，会引起燕麦粉面团表观黏度的增加[29-30]；经不同干法糊化处理后，脂肪与淀粉结合形成复合物的比例不同，淀粉糊化度不同，淀粉黏度下降的程度也有一定差异，使得η改变的程度不相同。

4种干法糊化中，烘烤处理对于面团黏性影响较小，微波处理与蒸汽处理其次，挤压处理面团糊化度最大，黏性最大，面团内部黏结力最大，最容易形成面团，因此选取挤压处理作为燕麦干法糊化的方法。

表2结果说明，除挤压膨化燕麦粉外，不同干法糊化处理的燕麦粉面团含水量与η、E2间均极显著负相关，与τ相关性不显著；挤压膨化处理的面团含水量与η显著负相关，与其他指标相关性均不显著，说明增大面团含水量时，面团的应力松弛特性各个参数变化较小，黏性的衰减较弱，仍能够形成结合力较强的面团。

2.3 不同糊化度燕麦粉面团应力松弛特性测定

表3为不同糊化度燕麦粉面团应力松弛特性的测定结果，糊化度为20%、30%、40%、50%、60%，面团含水量为45.92%。表4为糊化度与应力松弛参数的相关性分析。

表3 不同糊化度燕麦粉面团应力松弛特性测定

表4 糊化度与应力松弛参数相关性分析

表3试验结果表明，随着糊化度的增加，燕麦粉面团的τ、η及E2均增加，差异显著。糊化度越大，面团初始黏度、邻近分子链相对运动引起的弹性形变、达到平衡时所需的应力及压缩后期的变化幅度越大，面团内部结构越强，硬度和黏性越大，面团应力下降和恢复弹性形变的速度越缓慢。

表4结果所示，糊化度与τ、η及E2均极显著正相关，表明糊化度对燕麦粉面团的应力松弛特性影响较大，提高燕麦粉糊化度可以增大面团的黏性和结合力，促使面团形成，改善燕麦粉面团的可操作性。

3 结论

挤压膨化法得到的燕麦粉糊化度接近80%，而微波、烘烤及蒸制处理的燕麦粉糊化度均不超过40%，因此挤压膨化法适合对燕麦粉进行干法糊化。不同干法糊化处理及不同糊化度燕麦粉面团的应力松弛特性研究结果均表明燕麦粉糊化度与面团残余应力呈显著正相关，说明干法预糊化可显著增强燕麦面团的结合力。

[1]曲祥春,何中国,郝文媛,等. 我国燕麦生产现状及发展对策[J]. 杂粮作物,2006,26(3):233-235

[2]Masood Sadiq Butt ,Muhammad Tahir-Nadeem,Muhammad Kashif Iqbal Khan. Oat: unique among the cereals [J]. European Journal of Nutrition,2008,47:68-79

[3]胡新中,魏益民,任长忠. 燕麦品质与加工[M]. 北京:科学出版社,2009：15-18

[4]李芳. 燕麦的综合开发与利用[J]. 武汉工业学院学报,2007,26(1):23-26

[5]熊易强. 饲料淀粉糊化度(熟化度)的测定[J]. 饲料工业,2000,21(3):30-31

[6]Y Nicolas Njintang, Regis Kesteloot, Guillaume Blancher, et al. Puncture and stress relaxation behaviour of taro paste as affected by moisture content and puncture rate and depth[J]. Journal of Food Engineering, 2008,86:349-357

[8]Sila Bhattacharya. Stress relaxation behaviour of moth bean flour dough: Product characteristics and suitability of model[J]. Journal of Food Engineering,2010,97:539-546

[9]Önder Yildiz, Bayram Yurt, Ayhan Batürk, et al. Pasting properties, texture profile and stress-relaxation behavior of wheat starch/dietary fiber systems [J]. Food Research International,2013,53:278-290

[10]王海鸥,胡志超,谢焕雄,等. 猕猴桃压缩-应力松弛的试验[J]. 农机化研究,2006(5):144-146

[11]马龙,武杰,赵大庆,等. 酱牛肉应力松弛特性实验[J]. 食品与发酵工业,2013,39(1):221-224

[12]李云飞,殷涌光,金万镐. 食品物性学[M]. 北京:中国轻工业出版社,2005:63-64

[13]徐学明. 挤压过程中的碳水化合物、蛋白质和脂肪[J]. 食品机械,1995,5(49):22-23

[14]杜双奎,魏益民,张波. 挤压膨化过程中物料组分的变化分析[J]. 中国粮油学报,2005,20(3):39-43

[15]邱怡,叶君,熊犍. 微波辐射对淀粉结构及性质的影响[J]. 高分子通报,2007(2):57-62

[16]邵子晏,王慧云,陈海华,等. 微波处理对亚麻多糖一马铃薯淀粉糊化特性的影响[J]. 粮油食品科技,2014(2):26-29

[17]Sakonidou E P,Karapantsios T D,Raphaelides S N. Mass transfer limitations during starch gelatinization[J]. Carbohydrate Polymers,2003,53(1):53-61

[18]Zhou Zhongkai,Kevin Robards. Effect of the addition of fatty acids on rice starch properties[J]. Food Research International,2007,40:209-214

[19]魏益民,任嘉嘉,张波,等. 高温处理燕麦籽粒对面粉黏度特性的影响[J]. 农业工程学报, 2009,25(5):299-302

[20]许永亮,熊善柏,赵思明. 蒸煮工艺和化学成分对米饭应力松弛特性的影响[J]. 农业工程学报,2007,23(10):235-240

[21]Boostrapa Limanond,M. Elena Castell-Perez,Rosana G. Moreira. Modeling the kinetics of corn tortilla staling using stress relaxation data[J]. Journal of Food Engineering,2002,53:237-247

[22]M A Del Nobilea,S Chillo, A Mentana, A Baiano. Use of the generalized Maxwell model for describing the stress relaxation behavior of solid-like foods[J]. Journal of Food Engineering,2007,78:978-983

[23]屠康,姜松,朱文学. 食品物性学[M]. 南京: 东南大学出版社, 2006：90-104

[24]胡强,孟岳成. 淀粉糊化和回生的研究[J]. 食品研究与开发,2004,25(5): 63-66

[25]丁文平,王月慧,丁霄. 大米淀粉理化指标对其回生特性的影响[J]. 郑州工程学院学报,2003,24(1):38-42

[26]甄红敏,栾广忠,胡新中,等. 灭酶方法对燕麦淀粉和蛋白质体外消化特性的影响[J]. 麦类作物学报，2011,31(3):475-479

[27]房岩强,魏益民,张波. 蛋白质结构在挤压过程中的变化[J]. 中国粮油学报,2013,28(5):100-104

[28]孟岳成,刘鑫,陈杰. 原料组分及应力松弛与方便米线品质的关系[J]. 农业工程学报,2011,27(10):375-380

[29]单玲克,陈红兵,高金燕,等. 加工对燕麦-葡聚糖的影响研究进展[J]. 食品工业科技,2012,(21):366-369

[30]Min Zhang,Xin Bai,Zesheng Zhang. Extrusion process improves the functionality of soluble dietary fiber in oat bran[J]. Journal of Cereal Science,2011,54:98-103.

Effect of Dry Method Gelatinization on the Stress Relaxation Properties of Oat Flour Dough

Sun Juanjuan1Wei Xiaopeng1Qiu Yanyan1Luan Guangzhong1,2Shi Lei1Eizo Tatsumi3Hu Yayun1

(College of Food Science & Engineerring, Northwest A&F University1, Yangling 712100)(Shaanxi Engineering Center of Agro-product Processing2, Yangling 712100)(Japan International Research Center for Agricultural Science3, Tsukuba Japan 305-8686)

Four methods, extruding, steaming, microwaving and baking, were used to make pre-gelatinated oat flour respectively, and then determined the relaxation behaviors of the dough with various treatments and different gelatinization degrees. The results showed that the gelatinization degree of oat powder were 77.8%, 39.3%, 17.8% and 13.7% for extruding, steaming, microwaving and baking, respectively. The extruded samples showed the longest relaxation time, highest damping coefficient and residual stress which were 60.90 s, 3.70×106N·m-2·s, 9.39×104N·m-2, respectively. The gelatinization degree had significant positive correlation (R=0.97,0.99, 0.99;P<0.05) with the relaxation time, damping coefficient and residual stress. It could be concluded that the viscosity and cohesiveness of oat dough were improved significantly after dry gelatinization treatment.

oat, dry method gelatinization, oat dough, stress relaxation, gelatinization degree, viscoelasticity

TS 210

A

1003-0174(2016)04-0023-05

联合国大学-麒麟后续研究项目(UNU-ISP-0053)，中日合作项目(K332021107)，西北农林科技大学国际合作(A213021006)

2014-08-26

孙娟娟，女，1989年出生，硕士，淀粉与蛋白质技术

栾广忠，男，1968年出生，副教授，植物蛋白工程